윤상훈
(Sang-Hoon Yoon)
†
양윤철
(Yoon-Cheol Yang)
서광엽
(Gwang-Yeob Seo)
조영관
(Young-Gwan Cho)
-
광주광역시보건환경연구원
(Health & Environment Research Institute of Gwangju, Gwangju, Korea)
© Korean Society on Water Environment. All rights reserved.
Key words
Distribution, Macroinvertebrate, Statistical analysis, Urban stream, Water quality
1. Introduction
하천생태계는 하천바닥의 구성과 유속, 수질 등 비생물학 적 환경요소와 이에 영향을 받은 부착조류와 곤충, 어류 등의 생물학적 요소가 상호작용을 하여
지역과 환경 특성 을 반영한 구조와 기능으로 나타난다(Allan, 1995; Horne and Goldman, 1994; Hynes, 1970; Vannote et al., 1980). 특히, 유속과 유량, 수심, 하상구조와 같은 물리적 요소와 유기물과 영양염류와 같은 수질요인은 생물 군집에 영향을 주기 때문에, 하천생태계의
환경요인과 생물군집을 함께 분 석하는 것은 수계에 대한 환경변화의 영향을 평가하는데 매우 유용하다.
저서성 대형무척추동물은 하천생태계에서 1, 2차 소비자 로서 생산자인 부착조류와 최종 소비자인 어류 사이의 먹 이사슬에서 중요한 위치를 차지하고 있다.
이들은 수환경 상태를 반영하기에 충분히 긴 생활사와 다양한 분류군으로 군집의 특성을 가지며, 이동성이 적어 하천 고유의 환경과 수질오염과 같은 서식환경
변화에 대한 지표생물군으로서 적합하다. 또한 풍부한 종 분포로 정량채집을 통한 분석이 용이하고, 종 분류가 잘 되어 있어 하천 생태를 연구하는 데
널리 이용되고 있다(Kim et al., 2005; Lee et al., 2009; Won et al., 2006; Yoon et al., 1981; Yoon et al., 1992).
유수생태계인 하천은 대부분 외부 유기물질의 영향을 받 으므로 자연적 또는 인위적인 환경변화로 인해 유입되는 유기물질은 저서성 대형무척추동물의 서식에
영향을 줄 수 있다(Bae et al., 2003; Cummins and Klug, 1979; Merritt and Cummins, 1996). 최근에 지표생물과 생물지수화 등의 연구가 보편화되어 하천관리 방안으로 도입되고 있을 뿐만 아니라 환경부에서 장기간에 걸쳐 저서성 대형무척추동물
을 이용한 생물학적 수질평가방법을 개발하여 하천 수생태 계 건강성을 평가하고 있다(Diego et al., 2016; Shiyun et al., 2017; Thomas et al., 2016; Won et al., 2006).
일반적으로 인간의 영향력이 집중되는 도심하천의 경우 하천의 구조와 특성이 인위적으로 변화되고 수질이 악화됨 으로써 생물다양성이 매우 빈약하고 소수의
특정종이 우 점하는 양상을 나타낸다(Allan, 1995; Antonella et al., 2013; Heikki and Heino, 2017; Pedro et al., 2016)). Hur et al. (2000)은 줄날도래류 중 꼬마줄날도래(Cheumatopsyche brevilineata Iwata)와 줄날도래(Hydropsyche kozhantschikovi Martynov)는 수질오염에 대한 내성의 범위가 넓어 우리나 라에서 도시나 마을 주변의 유기물 오염이 다소 진행된 하 천에서 매우 풍부하게 나타나는
종이라 하였다.
풍영정천은 전남 장성군 진원면에서 발원하여 광주광역 시 내에서 농업지역과 공업지역, 주거지역을 거쳐 영산강으 로 유입되는 유로연장 약 20 km의
소규모 도심하천이다. 특히, 풍영정천은 호안에 블럭설치와 인공섬 조성 등 각종 토목공사가 이루어져 왔으며, 벼농사로 인한 비점오염원의 영향과 산업단지에서
수질오염사고가 수시로 발생하는 등 도농 복합적인 외부환경의 영향을 받아오고 있다. 그러나 풍영정천에 서식하는 저서성 대형무척추동물 분포에 대한 실태조사도
전무한 실정이므로, 이화학적 수질조사와 더불 어 저서성 대형무척추동물 조사를 병행하여 풍영정천의 수 환경을 파악하는 연구가 필요하다.
이에 본 연구에서는 풍영정천의 이화학적 수질과 저서성 대형무척추동물의 군집구조를 조사하고 상관분석과 집괴분 석을 통한 이화학적 수질과 생물학적 조사결과와의
통계학 적 관계를 파악하고자 하였다.
2. Materials and Methods
2.1. 조사기간 및 조사지점의 개황
저서성 대형무척추동물의 채집은 계절별 특성을 고려하 여 겨울철 조사는 2016년 2월 3일, 봄철 조사는 2016년 5 월 9일, 여름철 조사는 2016년
7월 29일 그리고 가을철 조 사는 2016년 11월 1일 등 총 4회 실시하였다.
풍영정천은 대규모 주거지역 개발과 함께 경관조성을 위 한 하천정비공사로 하천변이 콘크리트 블록으로 되어 있고, 징검다리와 인공섬 등 조경용 구조물들이
하천 내에 배치 되어 있다. 또한 유량이 많지 않고 하상이 주로 모래와 작 은 자갈로 이루어져 있으며, 상류는 농업지역, 중류는 하남 산업단지, 하류는
수완주거지구를 통과하는 전형적인 도시 하천이다. 본 연구에서는 이와 같은 주변 환경을 고려하여 5개의 조사지점을 선정하였다.
조사지점별 개황으로 St.1 지점은 하폭 3 ~ 5 m, 수심 10 ~ 30 cm으로 주변이 논농사지역으로 하상이 주로 모래와 왕 모래였다. St.2
지점은 하폭 5 ~ 6 m, 수심 20 ~ 30 cm으로 농업지역과 산업단지 경계지점으로 하상은 왕모래, 자갈, 작 은 돌로 이루어져 있고, St.3
지점은 하폭 4 ~ 5 m, 수심 20 ~ 40 cm으로 산단의 우수로 배출구가 위치해 있어 수질사고 가 잦으며 하상은 왕모래, 자갈, 작은돌로 이루어져
있으나 폐골재가 상당한 양으로 존재하고 있었다. St.4 지점은 하폭 10 ~ 15 m, 수심 10 ~ 30 cm으로 대규모 주거지역을 관통하 며
도로변 퇴적물을 포함한 다양한 오염원이 우수에 포함되 어 유입되고 있었다. 하천 내에 인공섬 등 구조물이 위치해 있었고 하상은 주로 왕모래와 자갈로
이루어져 있었다. St.5 지점은 최하류로 하폭 20 ~ 30 m, 수심 10 ~ 30 cm이며 하 상은 왕모래, 자갈, 작은 돌이 많았다(Fig.
1, Fig. 2).
Fig. 1. Map of study sites in the Pungyeongjeong Stream. There are five sampling sites including agriculture area, industrial area and residential area.
Fig. 2. Substrate composition of the Pungyeongjeong Stream. (Silt <0.063 mm, Sand 0.063 ~ 2 mm, Gravel 2 ~ 4 mm, Pebble 4 ~ 64 mm, Cobble 64 ~ 256 mm, Boulder >256 mm) (Cummins, 1962)
2.2. 조사방법
저서성 대형무척추동물의 채집은 계류형 정량채집망(Surber net, 50 × 50 cm, 망목 1.0 mm)을 사용하여 각 조사지점의 여울부(riffle)에서
하상구조와 유속 등을 고려하여 3회씩 정 량채집 하였다. 채집된 저서성 대형무척추동물은 현장에서 80% 에틸알코올로 고정하여, 실험실에서 동정과 분류하였
다(Kwon et al., 2013; ME, 2015; Won et al., 2005; Yoon, 1988). 개체수는 단위면적당 출현개체수(Inds./m2)로 산출하 였으며 이를 통해 우점종과 아우점종을 구분하였다. 우점도 지수(Dominant index; DI)는 McNauthton (1967), 다양도지 수(Diversity index; H’)는 Shannon-Weaver(1949)의 식을 이 용하였다. 기능군의 분석은 출현종을 기준으로 조사지점별 로 섭식기능군(Functional Feeding Groups, FFGs)과 서식기
능군(Habit Oriented Groups, HOGs)을 분석하였다(Kwon et al., 2013; Merritt et al., 2008; Ro and Chun, 2004). 유속 은 회전식 유속계(AquaCalc Pro, Rickly, USA)를 사용하 여 측정하였다. 이화학적 수질분석은 하천과 저서성 대형 무척추동물
서식에 영향을 미칠 것으로 판단되는 17개 항 목을 선정하여 수질오염공정시험기준(ME, 2014)에 의하여 조사하였다. 수온과 pH, 전기전도도, DO는 휴대용 수질분석 기(556MPS, YSI, USA)를 이용하여 현장에서 측정하였고, TN,
TP, DTN, DTP는 수질자동분석기(Futura, Alliance, France)로, NH3-N와 NO3-N는 흡광광도계(UV-2550, Shimadzu, Japan)로, TOC는 총유기탄소측정기(TOC-VCPH, Shimadzu, Japan)로 분석하였다.
총대장균군과 분원성대장균군은 막여과법을 이 용하여 분석하였다.
2.3. 통계분석
조사지점의 물리화학적 환경요인과 저서성 대형무척추동 물 군집간의 관계를 통계적으로 알아보기 위해 SPSS 프로 그램(한글, Ver. 20.0)을 이용하여
분석하였다. 모든 자료들 은 비정규성을 해결하기 위해 Log 변환을 실시하였다. 상관 분석(Correlation analysis)은 Pearson’s
correlation coefficient 를 사용하였고, 집괴분석(Cluster analysis)은 Ward 결합방 식을 적용하여 조사지점간 유사도를
분석하였다. 또한 단일 해법(Single solution) 기능을 이용하여 각각의 조사지점이 속하는 군집도 확인하였다. 집괴분석 결과로 구분되는 각
그룹간의 유의한 차이유무를 파악하기 위해 일원배치분산 분석(one-way ANOVA)도 함께 수행하였다.
3. Results and Discussion
3.1. 이화학적 수환경
조사지점별 이화학적 항목의 평균 농도는 Table 1과 같 다. 수온은 평균 15.5 °C ~ 16.4 °C로 지점별 평균의 차이가 적었고, 겨울철에는 평균 4.2 °C, 최소 1.2 °C, 여름철에는
평균 29.8 °C, 최대 31.2 °C를 나타내었다. pH는 평균 7.9 ~ 8.3 범위로 약알카리성이었으며, 전기전도도가 평균 209 ~ 295
μs/cm로 높게 나타나는 등 농업과 산업단지, 주거지역 의 복합적인 영향을 받는 전형적인 도심하천의 특징을 나 타내었다(Kim et al., 2015). 유기물 항목은 St.1 지점에서 St.5 지점으로 내려갈수록 증가하는 경향을 보였는데, TOC 는 평균 2.8 ~ 3.8 mg/L 범위였다.
BOD는 평균 1.5 ~ 2.4 mg/L, COD는 평균 5.0 ~ 5.9 mg/L 범위로 COD/BOD 비가 약 2.7 정도로 높았다. 영산강 본류에서
COD/BOD 비가 1.6, 지류에서는 1.8 정도로 조사된 것으로 보아(Oh et al., 2015) 풍영정천은 난분해성 유기물이 많은 도심하천에서의 경향을 나타내는 것으로 보인다. 수계 내 일차생산에 관여 하는 영양염류는 지점 간 큰 차이는 없었지만
St.1 지점의 TN 평균 2.521 mg/L, TP 평균 0.094 mg/L, St.3 지점에서 TN 평균 2.437 mg/L, TP 평균 0.138
mg/L로 St. 2의 TN 평균 2.044 mg/L, TP 평균 0.084 mg/L, St. 4의 TN 평균 2.192 mg/L, TP 평균 0.093
mg/L, St. 5의 TN 평균 2.035 mg/L, TP 평균 0.082 mg/L 등에 비해 상대적으로 높게 나 타났다. 이는 농업지역인 St.1
지점의 경우 경작과정에서 시 비의 영향을 받았을 것으로 판단되고, 산업단지인 St.3 지점 에서는 하·폐수의 유입이 그 원인이라 판단된다. Chl-a와
TCs는 하류로 갈수록 높아지는 경향을 나타내었다. 이는 여 울이 형성된 채집지점의 유속은 상·하류간 큰 변화가 없었 으나, 하류로 갈수록 유수폭이
넓어지고 돌다리나 보에 의해 정체수역이 형성되어 유속이 줄어들었기 때문으로 판단된다.
Table 1. Mean values and standard deviation of environmental variables in the Pungyeongjeong Stream
|
Variables
|
St.1
|
St.2
|
St.3
|
St.4
|
St.5
|
|
|
pH
|
7.9±0.5
|
8.2±0.5
|
8.1±0.5
|
8.3±0.7
|
8.0±0.5
|
|
Water temperature (WT, °C)
|
16.3±8.7
|
16.3±10.3
|
16.1±10.9
|
16.4±11.5
|
15.5±12.5
|
|
Dissolved oxygen (DO, mg/L)
|
11.5±4.8
|
12.3±4.0
|
11.4±4.2
|
10.4±4.4
|
11.4±5.1
|
|
Electrical conductivity (EC, μs/cm)
|
237±44
|
209±51
|
239±54
|
253±30
|
295±14
|
|
Total organic carbon (TOC, mg/L)
|
2.8±1.4
|
3.1±1.7
|
3.5±1.8
|
3.5±2.0
|
3.8±2.4
|
|
Biologial oxygen demand (BOD, mg/L)
|
1.5±0.6
|
1.7±0.4
|
2.4±1.2
|
2.3±0.7
|
2.0±0.3
|
|
Chemical oxygen demand (COD, mg/L)
|
5.0±2.8
|
5.3±2.1
|
5.5±1.5
|
5.3±2.1
|
5.9±1.8
|
|
Suspended solid (SS, mg/L)
|
9.3±6.7
|
8.8±4.4
|
7.6±4.7
|
8.5±4.8
|
6.6±2.3
|
|
Ammonia nitrogen (NH3-N, mg/L)
|
0.058±0.058
|
0.088±0.102
|
0.319±0.493
|
0.082±0.091
|
0.096±0.097
|
|
Nitrate nitrogen (NO3-N, mg/L)
|
2.245±0.650
|
1.665±0.551
|
1.796±0.661
|
1.807±0.762
|
1.655±0.592
|
|
Dissolved total nitrogen (DTN, mg/L)
|
2.277±0.625
|
1.818±0.640
|
2.208±0.956
|
1.907±0.718
|
1.780±0.652
|
|
Total nitrogen (TN, mg/L)
|
2.521±0.627
|
2.044±0.665
|
2.437±1.091
|
2.192±0.680
|
2.035±0.640
|
|
Dissolved total phosphorus (DTP, mg/L)
|
0.065±0.025
|
0.052±0.030
|
0.092±0.049
|
0.047±0.045
|
0.041±0.019
|
|
Total phosphorus (TP, mg/L)
|
0.094±0.009
|
0.084±0.021
|
0.138±0.037
|
0.093±0.046
|
0.082±0.038
|
|
Chlorophyll-a (Chl-a, mg/m3)
|
5.4±3.2
|
11.5±5.6
|
12.6±8.3
|
15.9±11.5
|
15.2±9.6
|
|
Total coliforms (TCs, No./100 mL)
|
21,725±16,560
|
20,900±23,864
|
40,200±36,566
|
59,525±71,119
|
68,950±94,566
|
|
Fecal coliforms (FCs, No./100 mL)
|
1,237±1,853
|
912±1,144
|
3,823±4,132
|
2,350±3,234
|
1,988±2,138
|
|
Flow velocity (m/s)
|
0.58±0.21
|
0.63±0.25
|
0.48±0.19
|
0.56±0.17
|
0.54±0.28
|
|
Water depth (cm)
|
20.7±6.4
|
24.3±3.0
|
31.5±6.3
|
18.0±6.3
|
19.2±6.4
|
3.2. 저서성 대형무척추동물상
풍영정천에서 출현한 저서성 대형무척추동물은 총 4문 7 강 13목 22과 28종 6,017개체(Inds./m2)이었고, 이 중 수서곤 충류는 4목 11과 17종 총 5,467개체(Inds./m2)로 저서성 대 형무척추동물 종수의 61%, 개체수의 90.8%에 해당하였다.
계절별로는 여름과 가을철에 20종으로 가장 많은 종이 출 현하였고, 봄철 16종, 겨울철에 15종 출현하였다. 출현개체 수는 가을철에 1,523개체(Inds./m2)로 가장 많았고 겨울철에 는 823개체(Inds./m2)로 가장 적었는데, 겨울철에 하루살이 류가 출현하지 않았고 깔따구류(Chironomidae spp.) 출현 개체수 또한 다른 계절에 비해 적었다(Fig.
3). 영산강 지류 중 도심하천이지만 하수처리장 처리수, 주암호 호소수 등 다양한 수원이 유입되는 광주천에서는 41종, 인간의 간섭 이 덜한 자연형
하천인 지석천의 46종에 비해 풍영정천은 빈약한 출현종수를 나타내었다(ME, 2017). 이는 풍영정천 에서 이루어진 하천경관 조성공사에 의한 교란과 하·폐수의 유입의 영향에 의한 것으로 판단된다(Yang et al., 2017).
Fig. 3. Seasonal number of species and individuals belong to taxa of benthic macroinvertebrates monitored in the Pungyeongjeong Stream. (a) Number of species, (b) Number of individuals.
수서곤충 중 하루살이류가 5종, 파리류가 5종, 날도래류 가 6종으로 주요 분류군이었다. 하루살이류는 겨울철 조사 때 출현하지 않았지만 봄철 조사에서
많은 개체수가 출현 하였는데 개똥하루살이(Baetis fuscatus Linnaeus)의 개체수 가 1,369 개체로 봄철 전체 출현개체수의 75%에 달하였다. 2015년에는 풍영정천에서 경관조성공사와 수은 유출사고가
있었고, 겨울철 조사 이후 매달 40 mm 정도 내린 강우의 영향으로 겨울철 출현하지 않았던 하루살이류가 봄철에 많 이 출현한 것으로 판단된다(KMA, 2017; Yang et al., 2017). 파리류는 봄철에 종수는 높았고 개체수는 여름철 가장 많 았으며, 주요 분류군으로는 깔따구류(Chironomidae spp.)로 매 조사시 모든
조사지점에서 출현하였고 총개체수는 808 개체였다. 특히 오염수역의 지표종인 붉은색 깔따구류가 봄 철 33개체와 여름철 31개체로 St.1부터 St.4
지점까지 출현 하였고 여름철 St.1 지점에서 최대 13개체가 출현하였다. 날도래류는 종수와 개체수 모두 봄철 가장 적었고 가을철 가장 많았다. 특히
가을철 꼬마줄날도래는 1,188개체가 출 현해 4회 출현개체수의 약 56%를 차지하였다. 봄철을 제외 하고 꼬마줄날도래와 줄날도래의 개체수가 다른
종에 비해 많았던 이유는 유기물에 대한 내성 범위가 넓고 물 속 유 기물을 걸러먹거나 돌에 부착된 이끼를 갈아먹는 먹이습성 상 Table 1에서 보여준 바와 같이 유기물이 풍부한 풍영정천 에 잘 적응하였기 때문으로 판단된다(Hur et al., 2000; Ross, 1959). 비곤충류는 편형동물(Platyhelminthes) 1종, 연체 동물(Mollusca) 5종, 환형동물(Annelida) 4종, 절지동물 중 등각목(Isopoda)이
1종으로 분류되었다. 주요종으로는 물벌 레(Asellus hilgendorfii)(53.6%), 재첩(Corbicula fluminea) (18.1%), 돌거머리(Erpobdella lineata)(15.0%)이었고, 겨울 철에서 가을철로 갈수록 비곤충류의 출현개체수는 감소하 는 경향을 나타내었다. 청정수역의 지표생물인 강도래류과 정체수역에서
주로 발견되는 딱정벌레류, 그리고 뱀잠자리 류는 출현하지 않았다. 이는 풍영정천 수온이 여름철 평균 30.0 °C로 매우 높았고, 유기물 등으로 인한
수질 악화, 모 래나 자갈로 이루어진 하상의 돌 표면이 유기물 퇴적과 이 끼 등으로 피복된 영향으로 판단된다(Won et al., 2005).
3.3. 우점종 및 군집지수
조사기간동안 우점종은 개똥하루살이와 꼬마줄날도래, 줄 날도래, 깔따구류와 물벌레로 어느 정도 유기물 오염이 진 행된 곳이나 수환경이 좋지 않은 곳에서
다량 출현하는 경 향이 있는 종들이다(Hur et al., 2000; Ross, 1959). 우점도 지수는 0.54 ~ 0.93으로 대부분 0.7 이상으로 높았고 다양도 지수는 0.94 ~ 2.54 범위로 나타났다. 계절별 평균값을 비교
해 보면 봄철에 우점도지수 0.83으로 가장 높았고 다양도 지수는 1.46으로 가장 낮았다. 이는 봄철 개똥하루살이의 출현개체수가 상대적으로 많았기
때문이다(Table 2).
Table 2. Dominant species, dominant index (DI) and species diversity index (H’) of benthic macroinvertebrates in the Pungyeongjeong Stream
|
Site
|
Season
|
1st dominant species
|
2nd dominant species
|
DI
|
H’
|
|
|
St.1
|
Winter
|
Cheumatopsyche brevilineata |
Tipula latemarginata |
0.74
|
1.93
|
|
Spring
|
Baetis fuscatus |
Hydropsyche kozhantschikovi |
0.86
|
1.26
|
|
Summer
|
Cheumatopsyche brevilineata |
Baetis fuscatus |
0.86
|
1.37
|
|
Autumn
|
Cheumatopsyche brevilineata |
Baetis fuscatus |
0.89
|
1.17
|
|
|
St.2
|
Winter
|
Hydropsyche kozhantschikovi |
Cheumatopsyche brevilineata |
0.64
|
1.99
|
|
Spring
|
Baetis fuscatus |
Asellus hilgendorfii |
0.70
|
2.13
|
|
Summer
|
Cheumatopsyche brevilineata |
Chironomidae spp.
|
0.74
|
2.14
|
|
Autumn
|
Cheumatopsyche brevilineata |
Chironomidae spp.
|
0.78
|
1.85
|
|
|
St.3
|
Winter
|
Asellus hilgendorfii |
Hydropsyche kozhantschikovi |
0.75
|
1.96
|
|
Spring
|
Baetis fuscatus |
Chironomidae spp.
|
0.93
|
0.94
|
|
Summer
|
Chironomidae spp.
|
Ecnomus tenellus |
0.54
|
2.54
|
|
Autumn
|
Cheumatopsyche brevilineata |
Baetis fuscatus |
0.76
|
1.90
|
|
|
St.4
|
Winter
|
Hydropsyche kozhantschikovi |
Cheumatopsyche brevilineata |
0.79
|
1.84
|
|
Spring
|
Baetis fuscatus |
Chironomidae spp.
|
0.93
|
1.11
|
|
Summer
|
Chironomidae spp.
|
Baetis fuscatus |
0.88
|
1.21
|
|
Autumn
|
Baetis fuscatus |
Cheumatopsyche brevilineata |
0.71
|
1.96
|
|
|
St.5
|
Winter
|
Asellus hilgendorfii |
Hydropsyche kozhantschikovi |
0.81
|
1.72
|
|
Spring
|
Baetis fuscatus |
Asellus hilgendorfii |
0.73
|
1.87
|
|
Summer
|
Chironomidae spp.
|
Ecnomus tenellus |
0.64
|
2.22
|
|
Autumn
|
Baetis fuscatus |
Cheumatopsyche brevilineata |
0.74
|
1.90
|
3.4. 섭식기능군과 서식기능군
섭식기능군별 개체수 비율은 주워먹는 무리(gathering-collectors; GC)가 약 54%, 걸러먹는 무리(filtering-collectors;
FC)가 약 45%로 섭식기능군 대부분을 차지하고 있었고 긁 어먹는 무리(scrapers; SC)와 잡아먹는 무리(predators; P)의 비율은
매우 낮았다. St.1 지점에서 St.5 지점으로 내려갈수 록 FC는 줄어들고 GC의 비율이 높아지고 있었다(Fig. 4(a)). 서식기능군 개체수 비율에서는 붙는 무리(clingers; CL) 48%, 유영하는 무리(swimmers; SW) 31%, 기는 무리(sprawlers;
SP) 21% 순이었다. St.1 지점에서 St.5 지점으로 내려갈수록 CL 은 줄어들고 SP가 늘어나는 경향을 보였다(Fig. 4(b)).
Fig. 4. Relative composition of (a) functional feeding groups (FFGs) and (b) habit oriented groups (HOGs) based on individual abundance of benthic macroinvertebrates in the Pungyeongjeong Stream.
하천생태계에서 저서성 대형무척추동물의 섭식기능군과 서식기능군의 분포 경향은 주어진 먹이자원과 서식처의 환 경요인을 반영하고 있다(Kil et al., 2010). 또한 일반적으로 상류에서는 SC와 썰어먹는 무리(shredders; SH)의 비율이 높고 중·하류에서는 FC와 GC의 비율이 높다고 알려져 있
다(Allan, 1995; Horne and Goldman, 1994). 풍영정천의 경 우 St.1 지점부터 하상에 모래가 많고 유기물과 영양염류의 농도가 높으며, 하천 정비사업과 같은 인위적인 교란과 공 업지역의
하폐수 유입으로 인해 일반적인 자연하천과는 다 른 경향을 보였다. 긁어먹는 무리(scrapers; SC)의 비율은 매우 낮았고, 하류로 갈수록 FC는
줄어들고 GC는 늘어났 다. 이는 FC이자 CL인 꼬마줄날도래의 개체수가 하류로 갈수록 줄어들었고, GC이자 SW인 개똥하루살이 개체수는 늘어났기
때문이다.
3.5. 통계분석
3.5.1. 상관분석
BOD 등을 포함한 이화학적 환경 요인과 출현종수, 출현 개체수, 섭식기능군, 우점종 등과의 상관성을 확인하기 위 하여 Pearson’s correlation을
수행하였다(Table 3). 분석에 이용된 모든 자료는 Log로 변환 후 이용하였다.
Table 3. Pearson’s correlation coefficients between biotic and abiotic factors in the Pungyeongjeong Stream after log transformation of raw data
|
|
BOD
|
COD
|
SS
|
TN
|
Chl-a
|
EC
|
NO3-N
|
DTN
|
TOC
|
TCs
|
FCs
|
|
|
No. of species
|
-.838
|
-.876
|
.814
|
.339
|
-.809
|
-.376
|
.765
|
.606
|
-.881* |
-.645
|
-.705
|
|
Density
|
-.689
|
-.965** |
.907* |
.648
|
-.886* |
-.700
|
.808
|
.802
|
-.978** |
-.862
|
-.488
|
|
Swimmers1) |
.749
|
.190
|
-.214
|
.426
|
.333
|
.414
|
.133
|
.214
|
.446
|
.634
|
.896* |
|
Clingers1) |
.604
|
.842
|
-.714
|
-.854
|
.938* |
.429
|
-.950* |
-.964** |
.868
|
.684
|
.237
|
|
Burrowers1) |
.479
|
.879* |
-.931* |
-.346
|
.563
|
.948* |
-.424
|
-.454
|
.846
|
.876
|
.520
|
|
Sprawlers1) |
-.807
|
-.733
|
.682
|
.391
|
-.842
|
-.752
|
.522
|
.550
|
-.912* |
-.983** |
-.664
|
|
Filtering-collectors2) |
-.767
|
-.767
|
.730
|
.401
|
-.817
|
-.808
|
.514
|
.550
|
-.920* |
-.995** |
-.646
|
|
Gathering-collectors2) |
.893* |
.783
|
-.728
|
-.348
|
.876
|
.691
|
-.578
|
-.553
|
.949* |
.962** |
.757
|
|
Scrapers2) |
-.326
|
.309
|
-.447
|
.118
|
-.330
|
.195
|
.035
|
.115
|
-.019
|
-.176
|
-.054
|
|
Predators2) |
.692
|
.976** |
-.977** |
-.361
|
.718
|
.693
|
-.660
|
-.572
|
.926* |
.781
|
.658
|
|
Erpobdella lineata |
.048
|
.148
|
-.276
|
.576
|
-.312
|
-.012
|
.209
|
.424
|
-.037
|
-.174
|
.407
|
|
Asellus hilgendorfii |
-.106
|
.633
|
-.614
|
-.662
|
.279
|
.180
|
-.661
|
-.650
|
.353
|
.053
|
-.257
|
|
Baetis fuscatus |
-.009
|
-.684
|
.615
|
.890* |
-.503
|
-.282
|
.799
|
.857
|
-.496
|
-.250
|
.278
|
|
Chironomidae spp.
|
.470
|
.021
|
.191
|
-.459
|
.612
|
-.428
|
-.574
|
-.540
|
.221
|
.068
|
.023
|
|
Cheumatopsyche brevilineata |
-.691
|
-.867
|
.823
|
.567
|
-.851
|
-.813
|
.649
|
.695
|
-.954* |
-.963** |
-.524
|
|
Hydropsyche kozhantschikovi |
-.416
|
-.920* |
.961** |
.451
|
-.571
|
-.895* |
.517
|
.545
|
-.839
|
-.809
|
-.419
|
출현종수는 TOC와 높은 음의 상관성을 보였다. 출현개체 수는 COD, Chl-a, TOC와 음의 상관성, SS와는 양의 상관 성을 보였다. 서식기능군의
유영하는 무리는 FCs와 양의 상 관성, 붙는 무리는 Chl-a와는 양의 상관성을, NO3-N, DTN 과는 음의 상관성을 보였다. 굴파는 무리는 COD, EC와 양 의 상관성, SS와는 음의 상관성을 보였고 기는 무리는 TOC, TCs와
음의 상관성을 보였다. 섭식기능군의 걸러먹는 무리 는 TOC, TC와 음의 상관성을 보였으나 주워먹는 무리는 양의 상관성을 보였다. 잡아먹는 무리는
COD, TOC와 양 의 상관성, SS와는 음의 상관성을 보였다.
주요 우점종을 이용한 상관분석 결과, 개똥하루살이는 TN과 양의 상관성을 보였고, 꼬마줄날도래는 TOC, TCs와 음의 상관성을 보였다. 줄날도래는
COD, EC와 음의 상관 성을 보인 반면 SS와는 양의 상관성을 보였다. 수중의 유 기물 양을 나타내는 COD, SS, TOC와 TCs가 풍영정천에
서 서식하는 저서성 대형무척추동물에 의한 생물학적 지수 들과 높은 상관성을 보이는 것으로 판단된다(Jung et al., 2014).
3.5.2. 집괴분석과 비모수다차원척도법
Fig. 5에서는 Ward 결합방식을 적용하여 출현종수, 출현 개체수, 우점종, 섭식기능군, 서식기능군 등 생물학적 조사 결과를 대상으로 계층적 방식(hierarchical
methods)을 이용 한 군집계통도와 비모수다차원척도법(nMDS)에 의한 유사 성 결과를 나타내었다. 수직축은 군집들 간의 상대적인 거 리를 나타내며,
수평축은 조사시기별 조사지점을 의미한다. 집괴분석 결과, 크게 3개의 그룹으로 나뉘어졌고, 지점별로 는 상류와 중하류, 시기별로는 겨울과 겨울을 제외한
계절로 구분지어졌다. A 그룹은 사계절 St.1 지점과 가을철 St.2, St.3, 여름철 St.2, B 그룹은 겨울철 St.2부터 St.5 지점,
C 그룹은 주로 St.3부터 St.5 지점으로 이루어졌다. 비모수다 차원척도법을 이용한 유사성 분석 역시 집괴분석과 거의 같은 결과를 나타낸 것을
알 수 있었다. 집괴분석의 신뢰 성과 타당성을 높이기 위해 군집분석 후 각 조사지점의 군 집에 대한 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을
실시하 였고, 주요인으로는 단일 해법 군집수 3개 자료를 사용하 였다. p-value가 0.05 이하인 것은 군집간 통계적으로 유의 한 수준에서 평균의 차이를 보이고 있다는 의미이다(Kim et al., 2016). p-value가 0.05 이하인 항목은 종수, 개체수, 우점종, 섭식기능군 중 FC, GC, SC, 서식기능군 중 SW와 CL이었다. 이 중 p-value가 가장 낮았던 FC, SW, CL이 군 집 형성에 가장 큰 기여를 한 것으로 판단된다(Table 4).
Fig. 5. (a) Dendrograms of cluster analysis by Ward linkage method and (b) non-metric multidimensional scaling ordination using biotic indices of benthic macroinvertebrates in the Pungyeongjeong Stream. Biotic indices were number of species, density, DI, H’, dominant species, FFGs, HOGs.
Table 4. Results of one-way ANOVA for significance test of cluster analysis (p<0.05)
|
Items
|
p-value
|
|
|
No. of species
|
0.003
|
|
Density
|
0.002
|
|
Asellus hilgendorfii |
0.010
|
|
Baetis fuscatus |
0.002
|
|
Chironomidae spp.
|
0.015
|
|
Cheumatopsyche brevilineata |
0.005
|
|
Hydropsyche kozhantschikovi |
0.018
|
|
Filtering-collectors
|
0.000
|
|
Gathering-collectors
|
0.038
|
|
Scrapers
|
0.019
|
|
Swimmers
|
0.000
|
|
Clingers
|
0.000
|
4. Conclusion
본 연구에서는 풍영정천의 이화학적 수질과 저서성 대 형무척추동물 분포 및 군집구조에 대해 조사하여 수환경 실태 및 군집형성의 주요영향인자 등을 알아보고자
하였 다. 5개 조사지점에 대해 2016년 2월부터 11월까지 총 4 회 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 출현한 저서성 대형무척추동물은 총 4문
7강 13목 22과 28종 총 6,017개 체였고, 이 중 수서곤충류는 4목 11과 17종 총 5,467개체이 었다. 우점종은 꼬마줄날도래(C. brevilineata), 줄날도래(H. kozhantschikovi), 개똥하루살이(B. fuscatus) 등이었고, 우점 도지수는 0.54 ~ 0.93, 다양도지수는 0.94 ~ 2.54로 나타났다. 이화학적 수질분석 결과 BOD, COD 등 유기물
항목 및 영양염류 항목에 대해서 도심하천 특징을 나타내는 등 풍 영정천은 사람의 생활, 산업, 농업활동 등에 따른 인위적인 영향을 받고 있음을 알
수 있었다. 섭식 및 서식기능군 분 석결과 St.1 지점에서 St.5 지점으로 내려갈수록 걸러먹는 무리와 붙는 무리의 비율은 낮아지고, 주워먹는 무리와
기 는 무리의 비율이 높아졌다. 주로 모래로 이루어진 하상구 조와 유기물의 유입, 유속 변화 등 풍영정천에 이루어지는 환경변화가 저서성 대형무척추동물의
기능군 분포에 영향 을 미친 것으로 판단된다. 상관분석 결과 COD, SS, TOC 와 TCs가 풍영정천에서 서식하는 저서성 대형무척추동물에 의한
생물학적 지수들과 높은 상관성을 보이는 것으로 나 타났다. 계층적 집괴분석과 비모수다차원척도법을 통해 조 사지점은 크게 상류와 중하류, 그리고 조사시기는
겨울철과 그 외 계절로 군집이 형성되었다. 군집형성에 큰 기여를 한 것은 걸러먹는 무리, 유영하는 무리와 붙는 무리인 것 으로 나타났다. 풍영정천에
서식하는 저서성대형무척추동물 의 분포는 다양한 영향요인에 따른 특징을 나타내고 있으 나 통계분석방법을 통한 현황 분석 및 향후 예측에 대해서 는 추가연구가
필요할 것으로 판단된다.
Acknowledgements
본 연구는 2016년도 환경부 국립환경과학원의 ‘시험분석 의 국제적 적합성 기분구축 사업’과 광주광역시 보건환경 연구원의 ‘연구역량 강화사업’의 일환으로
수행되었습니다.
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